复杂条件下上提蹬空工作面矿压显现特征研究

为了解决蹬空对巷道围岩变形影响严重等问题,针对张集矿1410(1)工作面复杂的地质条件,采用计算机数值模拟(UEDC)系统和现场工程实践相结合的方法,对工作面推进不同距离时上覆岩层垮落形态、初次来压步距、周期来压步距、液压支架受力以及巷道围岩的变形特征进行研究。研究表明:工作面老顶初次来压步距约为32 m左右,周期来压步距约为16 m左右。工作面液压支架所需支撑的最大岩层高度约为25m。在工作面每天正常推进8m的情况下,工作面压架的危险性较小。     

倾斜煤层含矸煤柱区应力状态及防冲技术研究

针对倾斜煤层分层开采综放工作面临空侧含夹矸层巷道变形量大、冲击危险性高的问题,构建了侧向悬顶临空煤柱受力模型,运用数值模拟方法对工作面回采过程中煤柱区域围岩应力场和塑性区变化进行研究。研究结果表明：在煤柱弹性变形阶段,煤柱支撑力、变形量、煤柱积聚弹性能随着悬顶长度的增大而增大;临空煤柱在巷道区域存在夹矸弱层时,沿夹矸面产生的应力集中区致使巷道变形量增大,诱使周围煤岩运动加剧;当临空侧煤柱上方巷道顶板不易发生破坏时,可形成弹性能的良好载体和传递通道,造成巷道应力集中,加剧冲击地压发生危险性。同时,针对含矸临空煤柱自身抗破坏能力较差问题,提出远近结合、分批次的卸压方式,制定了顶板预裂、煤体爆破方案,有效降低巷道帮鼓变形量,微震震动点向远离工作面方向上方顶板偏移,冲击地压危险程度明显降低,有效保证工作面安全回采。     

利用卸压巷道技术控制深井回采巷道变形破坏

煤矿深井回采巷道除受围岩压力影响外,还受回采工作面动压及相邻采空区基本顶运动的影响。巷道围岩变形破坏严重,底臌量大,维修困难。结合东海煤矿五采区左十二面回采巷道的地质和地压情况,提出了卸压巷道的解决方法,并分析了卸压巷道解决此问题的原理,对卸压巷道位置、支撑煤柱宽度、让压煤柱宽度、巷道宽度进行了计算。同时,将让压巷道作为回采工作面的排放瓦斯尾巷。东海煤矿的实践表明,该方法取得了很好的效果,卸压巷道在一定条件下可以解决深部巷道的变形问题。     

“三软”煤层采场覆岩运动及应力分布规律

新登矿区属于典型的豫西"三软"煤层,31061工作面采用综采放顶煤开采工艺,采高大,围岩扰动范围大,矿山压力显现与普通综采区别明显。为了掌握在上述条件下沿空留巷围岩应力及变形规律,通过数值模拟和理论分析相结合的方法,分析了避开动压沿空留巷方案的可行性,对31061工作面采场的覆岩运动及应力分布进行了数值模拟。结果表明:工作面后方的30 m内应力处于原岩应力范围内,后方30 m到70 m之间的巷道应力迅速增加,工作面后方70 m左右是覆岩垮落和应力分布稳定的区域。研究的结果对类似"三软"煤层采用避开动压沿空留巷的方案提供了宝贵的参考价值。     

综放采掘相向沿空掘巷平衡支护设计法研究与应用

为解决采掘相向沿空掘巷受上工作面回采动压及采空区影响围岩变形不均一的问题,根据付村煤矿3上411运输顺槽采掘相向的特殊条件,提出平衡支护设计法;运用理论分析和数值模拟确定巷道围岩受力的非对称性,通过经验公式计算确定合理的巷道支护参数,根据现场观测结果对该平衡支护系统的合理性进行评价。结果表明:通过平衡支护设计法确定的巷道平衡支护系统能够有效地平衡超前支撑压力和侧向支撑压力的影响,使巷道围岩达到整体的平衡稳定;支护后,巷道顶底板移近量和两帮移近量均控制在合理范围内。平衡支护设计法能够对采掘相向情况下围岩结构及应力非对称的巷道进行合理的支护控制。     

赵各庄矿深部回采巷道围岩变形规律的数值模拟研究

针对深部回采巷道的围岩变形规律而采取针对性的治理措施,改善巷道的支护与维修现状,利用连续介质显式有限差分计算机软件FLAC3D对综采放顶煤工作面的回采巷道围岩变形规律进行了数值模拟研究,并根据其数值模拟结果采取了超前加固支护,有效地控制了深部软岩巷道支架变形,降低了巷道的维修量,对深部矿井开采有一定指导作用。     

煤层开采过程中覆岩移动规律的UDEC数值模拟

为研究煤层开采过程中覆岩移动规律.通过UDEC软件建立背景工程的数值计算模型,分析煤层开采过程中覆岩运动规律和裂隙演化的时空特征.通过计算得出以下结论:1煤层开采对顶板岩层位移发展影响明显,上覆岩梁的应力成拱形分布,致使上覆岩梁内产生裂隙扩展,岩梁断裂,并呈梯形分布;2随着工作面推进过程,采空区空间持续增大,上覆岩层裂隙持续贯通,顶板岩梁断裂坍塌充填采空区.随着工作过程中,岩层之间开始发生离层,离层次序是自下而上,离层主要发生在强度不同的层间面上;3采场上覆岩层裂隙带高度随工作面的推进不断发展,针对不同地质条件,但当工作面推进一定距离时,裂隙带高度基本不变.同时,在裂隙带变化过程中可以采用指数曲线进行拟合.但指数拟合曲线仅仅模拟的是裂隙带整体变化趋势,不能完全通过拟合曲线得出不同工作断面裂隙带的高度.     

浅埋煤层弱胶结顶板破断规律数值模拟研究

结合高家梁煤矿工作面开采条件及岩石力学性能,利用UDEC数值模拟软件,对自开切眼至充分采动全过程覆岩随工作面推进时的变形、冒落情况进行了数值模拟,得到浅埋煤层不同开采阶段上覆弱胶结顶板的破断及运动规律。研究表明:浅埋弱胶结顶板在初次来压期间经历直接顶垮落、形成"类基本顶"、基本顶断裂三个阶段。     

南屯煤矿深部沿空巷道耦合支护技术

通过研究,确定了南屯煤矿九采区93|02综放工作面沿空回采巷道围岩为高应力节理化复合型(HJ型)软岩,根据巷道围岩变形力学机制及其转化对策,确定了锚网索耦合支护设计方案,即采用破底板掘进和超前支护优化围岩结构,采用直墙圆拱形巷道断面优化围岩受力状态,锚杆为直径22 mm,长2 500 mm的螺纹钢锚杆,间排距800 mm ×500 mm,配合钢筋网及复合托盘,锚索长度为6 800 mm,排距2 000 mm.工程应用表明,巷道掘进期间围岩基本没有变形,工作面回采期间,顶底板变形量累计456 mm,两帮相对移近量累计518 mm,能够实现深部松软厚煤层沿空巷道围岩稳定性的有效控制,为工作面的安全高效生产创造了条件.     

无煤柱切顶沿空留巷矿压显现规律

为了掌握无煤柱切顶留巷的矿压显现规律并检验巷道支护效果,以澄合矿区董东煤矿50107工作面为研究对象,采用现场监测的手段对无煤柱切顶沿空留巷受采动影响条件下的顶板下沉规律、帮部变形规律及单体支柱受力变化规律进行了实测,并同时对切顶效果、挡矸效果及巷道稳定性进行了分析与评价。结果表明,巷道矿压随工作面的临近而逐渐增大,采动过程中靠近采空区侧的巷道矿压显现程度更为剧烈,表现出明显的非对称性特征,巷道顶板的回转运动是造成巷道非对称矿压显现的主要原因。此外,无煤柱切顶沿空留巷阶段性变化特征明显,初始变化阶段位于工作面后方0～35 m;快速变形阶段位于工作面后方35～75 m;缓慢变形阶段位于工作面后75 m以外,巷道变形及支柱受力均达到稳定状态。巷道矿压显现的主要过程集中在快速变形阶段,需加强对巷道围岩的控制。实践表明,无煤柱切顶沿空留巷采用锚网配合单体支柱的支护方式可行。     

胡家河矿回采巷道变形及超前应力分布规律

受综放工作面开采影响,回采巷道的围岩变形破坏规律与超前支承应力影响范围既是巷道支护设计与优化的重要参考,又是矿井冲击地压防治与预测的前提。以彬长矿区胡家河煤矿402102综放工作面泄水巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法,分析煤层巷道受开采扰动影响造成的围岩变形破坏情况,揭示回采巷道超前支承应力峰值影响范围及超前支承应力影响范围。结果表明：泄水巷超前采动影响范围为工作面前方90 m范围内,且高层位岩层的位移要大于低层位岩层的位移;在一次采动影响阶段,泄水巷顶底板塑性区范围为1.25 m,两帮塑性区范围为1.0 m;泄水巷超前支承应力峰值影响范围实测值10 m,理论值11.4 m,模拟值12 m;泄水巷超前支承应力影响整体范围实测值100 m,理论值103.03 m,模拟值108 m。研究结果验证了理论模型的准确性与数值模拟方法的可靠性,为矿井同等地质条件放顶煤工作面的回采巷道支护优化、冲击地压防治提供重要参考。     

综放沿空留巷覆岩运动规律及监测研究

为了研究三软煤层综放开采条件下沿空留巷的矿压显现规律,以国投新登煤矿31061工作面为研究对象,采用CDEM数值模拟软件、现场矿压及围岩移动监测和留巷工业性试验相结合的方法,研究了三软煤层综放采场侧向覆岩移动规律及矿山压力的时空变化规律,并对沿空巷道变形及矿压进行了现场监测。结果表明:31061工作面开挖到9.6,20,30 m时,分别发生了直接顶初次垮落、基本顶初次来压和第一次周期来压,开挖过程矿压显现较为强烈,应力分布主要集中于工作面前方20 m左右,工作面上覆岩层存在明显的三带特征;工作面后方留巷根据矿压显现特征可以划分为:压力缓慢升高阶段、压力快速增加阶段和压力稳定阶段,采空区后70 m左右是进行二次维修的合理位置。根据矿压显现特征分别提出了留巷过渡段临时支护方案和维修后正常段支护方案,现场工业试验表明利用临时支护渡过动压影响阶段,然后巷道进行二次维修并替换为正常支护,可以保证留巷围岩稳定,满足生产的需求。     

倾斜厚层坚硬顶板条件下沿空留巷稳定性控制

针对倾斜厚层坚硬顶板条件下综采工作面沿空留巷技术难题,采用理论分析、数值模拟、现场监测等手段,揭示倾斜厚层坚硬顶板采场覆岩运移规律,分析预留巷道多次扰动影响下倾向及走向方向顶板垂直应力分布特征。根据切顶留巷围岩应力分布规律,将沿空巷道分为“原岩应力区、超前应力增高区、滞后应力增高区、滞后应力稳定区”4个区域,提出巷内围岩支护原则,并基于区域特征,设计分区支护留巷方案,并成功应用于柏林煤矿-2446(k26)沿空巷道。研究结果表明：优化岩块B长悬臂梁结构是留巷成功的关键,通过切顶卸压留巷技术手段,可减小巷旁支护体及实体煤帮压力,沿空巷道支护效果良好,证明倾斜厚层坚硬顶板切顶留巷关键技术是可行的。     

厚煤层综放工作面过空巷开采技术实践

为了有效解决韩家洼煤矿综放工作面过空巷安全开采技术问题,防止回采过程中冒顶事故的发生,通过分析空巷位置和断面因素对回采工作面的影响,提出在空巷中采用锚索梁上架设木垛的支护方式铺设工作面假顶,采取长钢梁垫底、工作面调斜、降低回采高度和工作面支架超前带压擦顶移架等安全技术措施,有效控制空巷围岩变形,确保综放面过空巷安全回采。     

多次动压下近距离煤层群覆岩破坏规律研究

应用不连续变形分析(DDA)方法模拟分析了邻近工作面开采和本工作面开采对上覆岩层及留设小煤柱的变形影响规律,再现了上覆岩层、留设煤柱及巷道的变形破坏过程,获得了小煤柱巷道在多次动压影响下的变形量、应力分布和破坏范围.随着开采的推进.工作面的上方会形成半椭圆形的应力场,由此可预测采空区上覆岩层的离层及关键层的形成.当下煤层开采通过邻近上煤层所留设煤柱对应位置时,留设煤柱所承受的载荷最大,在回采过程中可产生很大的应力释放,导致上覆岩层有大范围的离层,并由此引发地表大面积沉陷.此时要注意防范诸如冲击地压及地表沉陷地质灾害事故的发生.     

基于FLAC~(3D)数值模拟的窄煤柱加固研究

针对深井厚煤层沿空掘巷留设的窄煤柱支撑力不足的问题,以济宁三号煤矿123_下04综放采工作面胶顺为工程背景,采用现场调研、数值模拟和工业试验等方法进行窄煤柱加固试验研究。调研结果表明,窄煤柱成型后短时间内出现片帮,煤柱变形较大且稳定性差,其顶底板变形明显,严重影响胶顺正常使用及123_下04工作面正常开采进度。针对以上问题,提出使用胀锁式对穿锚索双向加固窄煤柱技术,并进行参数设计,采用FLAC~(3D)数值模拟软件对比分析工作面回采期间巷道围岩变形情况。数值模拟及工程实践均表明,此加固技术能够有效提高窄煤柱的支撑力,保证工作面开采期间巷道围岩稳定。     

浅谈如何加强回采工作面采空侧顺槽支护

回采工作面衔接布置时,不可避免会出现顺槽邻近采空区,回采期间采空区顺槽受相邻已采面采空压力及本工作面采动的二次动压影响,巷道发生严重变形,严重制约回采工作面的安全生产。     

孤岛工作面上覆岩层变形破坏规律相似试验研究

针对平煤八矿孤岛工作面的实际开采条件,采用相似材料模拟试验的方法,研究了巷道掘进和工作面开采过程中上覆岩层的变形破坏规律,得到了孤岛工作面上覆岩层运动特征。分析结果认为,合理的巷道位置应布置在靠近采空区的应力降低区内,煤柱宽度取5～6m为宜,不宜大于10m。     

深部高地压条件下沿空巷道窄煤柱宽度确定及支护设计

汶南煤矿131106工作面下平巷(下称运输平巷)为深部条件下沿空掘进巷道,受深部高地压及回采动压影响,巷道维护十分困难。通过理论计算与数值模拟研究对窄煤柱的宽度进行合理优化设计,提出了深部高地压条件下沿空巷道高强度锚网索支护设计方案,后期通过刷帮、落底施工,有效控制了巷道的围岩变形,既保障了该巷道在131106工作面生产期间的安全服务,又提高了煤炭资源回收率。     

蹬空开采顶底板破坏特征及控制技术

针对山西中新甘庄煤业有限责任公司矿井整合后8#煤层蹬空开采会对顶底板围岩造成二次破坏的问题,采用理论分析及数值模拟研究的方法对蹬空开采顶底板破坏特征进行了研究。结果表明:8#煤层蹬空开采垮落带最大高度大于7#、8#煤层最小垂距,底板导水裂隙带深度小于8#、11#煤层垂距.当工作面推进至7#煤柱下方时,矿压显现更严重.并就可能出现的开采安全隐患提出了相应的应对措施.